钻孔灌注桩清孔.doc

摘要：钻孔灌注桩目前在沿海城市和市区改造中的使用已相当普及，但因属隐蔽工程，成桩后质量检查比较困难。本文根据笔者十几年来参与几十个钻孔桩工程施工的经验，就如何在各个施工环节中充分重视、精心施工、加强质量管理等问题进行探讨，期望通过与同行们相互交流，达到提高施工水平的目的。 钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的，其施工过程无法观察，成桩后也不能进行开挖验收。施工中任何一个环节出现问题，都将直接影响到整个工程的质量和进度，甚至给投资者造成巨大的经济损失和不良的社会影响。因此，要求基础施工队伍在施工技术措施上要落实，并加强施工质量管理，密切注意抓好施工过程中每一个环节的质量，力争将隐患消除在成桩之前。因此在施工前要认真熟悉设计图纸及有关施工、验收规范，核查地质和有关灌注桩方面的资料，对灌注桩在施工过程中可能会发生的一些问题进行分析后制订出施工质量标准、验收实施方案和每根桩的施工记录，以便有效地对桩基施工质量加以控制。 1、成孔质量的控制 成孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要部分，其质量如控制得不好，则可能会发生塌孔、缩径、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等，还将直接影响桩身质量和造成桩承载力下降。因此，在成孔的施工技术和施工质量控制方面应着重做好以下几项工作。 11 采取隔孔施工程序。 钻孔混凝土灌注桩和打入桩不同，打人桩是将周围土体挤开，桩身具有很高的强度，土体对桩产生被动土压力。钻孔混凝土灌注桩则是先成孔，然后在孔内成桩，周围土移向桩身土体对桩产生动压力。尤其是在成桩初始，桩身混凝土的强度很低，且混凝土灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的，故采取较适应的桩距对防止坍孔和缩径是一项稳妥的技术措施。 12 确保桩身成孔垂直精度 这是灌注桩顺利施工的一个重要条件，否则钢筋笼和导管将无法沉放。为了保证成孔垂直精度满足设计要求，应采取扩大桩机支承面积使桩机稳固，经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施，并于成孔后下放钢筋前作井径、井斜超声波测试。 13 确保桩位、桩顶标高和成孔深度。 在护筒定位后及时复核护筒的位置，严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50mm，并认真检查回填土是否密实，以防钻孔过程中发生漏浆的现象。在施工过程中自然地坪的标高会发生一些变化，为准确地控制钻孔深度，在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长度并作好记录，以便在成孔后根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔达到深度。 虽然钻杆到达的深度已反映了成孔深度，但是如在第一次清孔时泥浆比重控制不当，或在提钻具时碰撞了孔壁，就可能会发生坍孔、沉渣过厚等现象，这将给第二次清孔带来很大的困难，有的甚至通过第二次清孔也无法清除坍落的沉渣。因此，在提出钻具后用测绳复核成孔深度，如测绳的测深比钻杆的钻探小，就要重新下钻杆复钻并清孔。同时还要考虑在施工中常用的测绳遇水后缩水的问题，因其最大收缩率达12，为提高测绳的测量精度，在使用前要预湿后重新标定，并在使用中经常复核。 为有效地防止塌孔、缩径及桩孔偏斜等现象，除了在复核钻具长度时注意检查钻杆是否弯曲外，还根据不同土层情况对比地质资料，随时调整钻进速度，并描绘出钻进成孔时间曲线。当钻进粉砂层进尺明显下降，在软粘土钻进最快02mmin左右，在细粉砂层钻进都是O015mmin左右，两者进尺速度相差很大。钻头直径的大小将直接影响孔径的大小，在施工过程中要经常复核钻头直径，如发现其磨损超过10mm就要及时调换钻头。 14 钢筋笼制作质量和吊放 钢筋笼制作前首先要检查钢材的质保资料，检查合格后再按设计和施工规范要求验收钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上，这是由于钢筋吊笼放后是暂时固定在钻架底梁上的，因此，吊环长度是根据底梁标高的变化而改变，所以应根据底梁标高逐根复核吊环长度，以确保钢筋的埋入标高满足设计要求。在钢筋笼吊放过程中，应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量，对质量不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。同时，要注意钢筋笼能否顺利下放，沉放时不能碰撞孔壁；当吊放受阻时，不能加压强行下放，因为这将会造成坍孔、钢筋笼变形等现象，应停止吊放并寻找原因，如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的，应提出后重新垂直吊放；如果是成孔偏斜而造成的，则要求进行复钻纠偏，并在重新验收成孔质量后再吊放钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。 15 灌注水下混凝土前泥浆的制备和第二次清孔 清孔的主要目的是清除孔底沉渣，而孔底沉渣则是影响灌注桩承载能力的主要因素之一。清孔则是利用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣，使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态，再利用泥浆胶体的粘结力使悬浮着的沉渣随着泥浆的循环流动被带出桩孔，最终将桩孔内的沉渣清干净，这就是泥浆的排渣和清孔作用。从泥浆在混凝土钻孔桩施工中的护壁和清孔作用，我们可以看出，泥浆的制备和清孔是确保钻子L桩工程质量的关键环节。因此，对于施工规范中泥浆的控制指标：粘度测定1720min；含砂率不大于6；胶体率不小于90等在钻孔灌注桩施工过程中必须严格控制，不能就地取材，而要专门采取泥浆制备，选用高塑性粘土或膨润土，拌制泥浆必须根据施工机械、工艺及穿越土层进行配合比设计。 灌注桩成孔至设计标高，应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔，直到孔口返浆比重持续小于1。10120，测得孔底沉渣厚度小于50mm，即抓紧吊放钢筋笼和沉放混凝土导管。沉放导管时检查导管的连接是否牢固和密实，以防止漏气漏浆而影响灌注。由于孔内原土泥浆在吊放钢筋笼和沉放导管这段时间内使处于悬浮状态的沉渣再次沉到桩孔底部，最终不能被混凝土冲击反起而成为永久性沉渣，从而影响桩基工程的质量。因此，必须在混凝土灌注前利用导管进行第二次清孔。当孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求后，应立即进行水下混凝土的灌注工作。 2、成桩质量的控制 21 为确保成桩质量，要严格检查验收进场原材料的质保书(水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告)，如发现实样与质保书不符，应立即取样进行复查，对不合格的材料(如水泥、砂、石、水质)，严禁用于混凝土灌注桩。 2.2 钻孔灌注水下混凝土的施工主要是采用导管灌注，混凝土的离析现象还会存在，但良好的配合比可减少离析程度，因此，现场的配合比要随水泥品种、砂、石料规格及含水率的变化进行调整，为使每根桩的配合比都能正确无误，在混凝土搅拌前都要复核配合比并校验计量的准确性，严格计量和测试管理，并及时填入原始记录和制作试件。 23 为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，在混凝土灌注时应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。因为混凝土搅拌时间不足会直接影响混凝土的强度，混凝土坍落采用18cm20cm，并随时了解混凝土面的标高和导管的埋人深度。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m4m，不宜大于5m和小于1m，严禁把导管底端提出混凝土面。当灌注至距桩顶标高8m10m时，应及时将坍落度调小至12cm16cm，以提高桩身上部混凝土的抗压强度。在施工过程中，要控制好灌注工艺和操作，抽动导管使混凝土面上升的力度要适中，保证有程序的拔管和连续灌注，升降的幅度不能过大，如大幅度抽拔导管则容易造成混凝土体冲刷孔壁，导致孔壁下坠或坍落，桩身夹泥，这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生。在灌注过程中必须每灌注2m3左右测一次混凝土面上升的高度，确定每段桩体的充盈系数，建筑施工操作规程规定桩身混凝土的充盈系数必须大于l。同时要认真进行记录，这对日后发现有问题的桩或评价桩的质量有很大作用。 钻孔灌注桩的整个施工过程属隐蔽工程项目，质量检查比较困难，如桩的各种动测方法基本上都是在一定的假设计算模型的基础上进行参数测定和检验，并要依靠专业人员的经验来分析和判读实测结果，同一个桩基工程，各检测单位用同一种方法进行检测，由于技术人员的实践经验的差异，其结论偏差很大的情况也时有发生。通过十几年来几十个钻孔灌注桩工程的施工实践，得出这样一个结论，即加强桩基工程检测是一个手段，要保证钻孔灌注桩的施工质量，其关键还在于人。强调现场管理人员要有高度责任心，以防为主，对桩基各个施工环节要充分重视并精心施工，只有这样桩基的质量控制才能得到保证。怎样提高钻孔灌注桩成孔质量关键词:钻孔桩;成孔;工法;应用范围1引言土建工程中各种规模大小、深度不一的基坑比比皆是，其围护结构有相当一部分采用钻孔桩。单就钻孔桩而言，其成 孔方法就有旋挖成孔法、冲击钻孔法及回旋钻钻孔法等，上述几种成孔方法的适用范围和条件不同，对工期、成本和质量的影响程度各异。笔者结合广州地铁五号线 小北站及三号线厦大明挖区间围护结构钻孔桩施工实践，从工期、成本、质量及技术适用性等方面对三种成孔工法进行深入的分析研究，明确指出各种工法的应用范 围及条件，对以后同类基坑围护结构的设计与施工具有切实的指导意义。2地铁五号线小北站冲击钻孔与旋挖成孔施工2.1工程概况广州地铁五号线小北站西端站 厅设备治理用房为一座两层三跨的明挖结构，其围护结构设计采用f1.0m钻孔桩+桩间三管旋喷+三管旋喷咬合止水帷幕，如图1所示，桩间净距150mm， 总桩数为87根。基坑深度为17m，最大桩长20.46m，桩身经过的地层依次为杂填土、粉质粘土、硬塑状残积土和强、中、微风化泥质粉砂岩，如图2，中、微风化泥质粉砂岩最大单轴抗压强度分别为8MPa和27MPa。2.2 施工情况五号线小北站西端站厅基坑围护结构动工后，由于对旋挖钻施工不熟悉，印象中单价偏高，于是引进了5台冲击钻机施工，历时14天成孔10根，每台机 平均7天成孔一根，平均成孔单价(含泥浆外运、含电费)为480元/m3。按这样的施工速度，完成全部87根钻孔桩将需122天，超出计划工期32天，难 以满足工期要求且施工成本也没有明显优势。鉴于以上原因，决定引进1台旋挖钻机代替冲击钻机进行钻孔桩施工，旋挖钻机进场后在60天内完成了77根钻孔 桩，平均天天成孔1.3根，平均成孔单价562元/m3，围护结构施工工期较计划工期提前了16天。基坑开挖后成桩质量得到了验证，桩体垂直度符合规范要 求，未发生偏桩，桩体最大侵限8cm，围护结构质量优良。2.3施工具体情况分析冲击钻成孔与旋挖钻成孔的施工进度指标和直接成本对比分析分别见表12。冲击钻机偏孔的原因主要是桩锤碰到倾斜的岩层面，当上层较软下层较硬时，桩锤下落后自然会出现“叩头现象”，从而造成偏孔，如图3所示。冲 击钻机偏孔后一般的处理方法就是向孔内回填片石后，再次冲孔，同时控制桩锤下落过程中钢丝绳的松紧程度，尽量避免桩锤出现叩头现象。3地铁三号线厦滘大 石明挖区间回旋钻机成孔施工3.1工程概况广州地铁三号线厦大明挖区间隧道工程位于广州市番禺区大石镇厦滘村的苗圃中，由445m的三层三跨明挖区间主 线隧道、872m的入段线和929m的出段线明挖隧道组成，标段简图如图4所示。明挖隧道围护结构设计为f1000钻孔桩+f600水泥搅拌桩止水帷幕， 钻孔桩与水泥搅拌桩咬合160mm，其设计简图如图5。全标段共有钻孔桩3113根，最大桩长27m，桩身经过的地层依次为淤泥、淤泥质砂、中砂和粗砂、 粉质粘土、残积土和全风化、强风化岩。其中，淤泥及砂层平均厚度为8m，80%的钻孔桩桩底位于残积土和全风化岩层中，强风化岩层岩石最大单轴抗压强度为 6MPa。3.2施工概况厦大明挖区间3113根钻孔桩施工历时5个月，高峰时期共投入回旋钻机50台，平均每台机2天成孔1根(平均桩长 20m)，未入岩桩平均成孔单价为358元/m3(含泥浆外运)。钻机成孔过程中，由于地层软硬不均，钻杆的垂直度控制一直是一个难题。基坑开挖后桩体垂 直度验证结果显示，在桩位外放15cm的情况下，由于成孔过程中钻杆垂直度控制不良而造成桩体侵限严重，最大侵限值达50cm左右。回旋钻机成孔 进度指标组成统计分析和回旋钻成孔直接成本分析分别见表34。偏桩侵限的主要原因如下:围护结构设计存在缺陷厦大明挖区间的围护结构设计为钻孔桩和搅 拌桩相互咬合的形式(如图5)，这种设计必须是搅拌桩施工后才能开始钻孔桩施工，且钻孔桩的钻头必须咬住搅拌桩16cm往下加压旋转，由于搅拌桩具有 510MPa的强度，钻头一侧硬一侧软使得钻孔过程中钻杆垂直度难以控制，钻杆始终偏向基坑内侧，从而造成严重侵限。由于地层本身存在软硬不均的情况 造成钻杆偏斜。4三种成孔方法的应用条件及适用范围通过对以上施工实例进行总结分析，笔者提出了旋挖钻、冲击钻及回旋钻机成孔三种工法各自的应用条件、适 用范围及施工中应注重的问题，见表5。5结论钻孔桩作为广泛应用的基坑支护形式，其成孔方法的合理选择，可以有效地节约成本，缩短工期，提高文明 施工水平，保证施工质量。参考文献1苏宏阳，郦锁林主编.基础工程施工手册M.北京:中国计划出版社，2002.62夏明耀，曾进伦主编.地 下工程设计施工手册M.北京:中国建筑工业出版社，1999.7一、钻孔过程中出现的施工质量问题及处理措施 （一）护筒冒水1问题：护筒外壁冒水，严重的会引起地基下沉，护筒倾斜和移位，造成钻孔偏斜，甚至无法施工。2造成原因：埋设护筒的周围土 不密实，或护筒水位差太大，或钻头起落时碰撞。 3处理措施：在埋筒时，坑地与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实。在护筒的适当高度开孔，使护筒内保持1.01.5m的水头高度。钻头起落时，应 防止碰撞护筒。发现护筒冒水时，应立即停止钻孔，用粘土在四周填实加固，若护筒严重下沉或移位时，则应重新安装护筒。 （二）孔壁坍陷 1问题：钻进过程中，如发现排出的泥浆中不断出现气泡，或泥浆突然漏失，则表示有孔壁坍陷迹象。 2造成原因：孔壁坍陷的主要原因是土质松散，泥浆护壁不好，护筒周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高。钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时 间过长和灌注时间过长也会引起孔壁坍陷。 3处理措施：在松散易坍的土层中，适当埋深护筒，用粘土密实填封护筒四周，使用优质的泥浆，提高泥浆的比重和粘度，保持护筒内泥浆水位高于地下水位。 搬运和吊装钢筋笼时，应防止变形，安放要对准孔位，避免碰撞孔壁，钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。成孔后，待灌时间一般不应大于3小 时，并控制混凝土的灌注时间，在保证施工质量的情况下，尽量缩短灌注时间。 （三）缩颈 1问题：缩颈即孔径小于设计孔径。 2造成原因：塑性土膨胀。 3处理措施：采用优质泥浆，降低失水量。成孔时，应加大泵量，加快成孔速度，在成孔一段时间内，孔壁形成泥皮，则孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀。或在 导正器外侧焊接一定数量的合金刀片，在钻进或起钻时起到扫孔作用。如出现缩颈，采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。（四）钻孔偏斜 1问题：成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。 2造成原因：钻机安装就位稳定性差，作业时钻机安装不稳或钻杆弯曲所致；地面软弱或软硬不均匀；土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其它硬物等情 形。 3处理措施：先将场地夯实平整，轨道枕木宜均匀着地；安装钻机时要求转盘中心与钻架上起吊滑轮在同一轴线，钻杆位置偏差不大于20cm。在不均匀地层 中钻孔时，采用自重大、钻杆刚度大的钻机。进入不均匀地层、斜状岩层或碰到孤石时，钻速要打慢档。另外安装导正装置也是防止孔斜的简单有效的方法。钻孔偏 斜时，可提起钻头，上下反复扫钻几次，以便削去硬土，如纠正无效，应于孔中局部回填粘土至偏孔处0.5m以上，重新钻进。 （五）桩底沉渣量过多 1问题：成孔后发现桩底沉渣量过多。 2造成原因：检查不够认真，清孔不干净或未进行二次清孔；泥浆比重过小或泥浆注入量不足而难于将沉渣浮起；钢筋笼吊放过程中，未对准孔位而碰撞孔壁使 泥土坍落桩底；清孔后，待灌时间过长，致使泥浆沉积。 3处理措施：成孔后，钻头提高孔底10-20cm，保持慢速空转，维持循环清孔时间不少于30分钟。采用性能较好的泥浆，控制泥浆的比重和粘度，不要 用清水进行置换。钢筋笼吊放时，使钢筋笼的中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔壁。可采用钢筋笼冷压接头工艺加快对接钢筋笼速度，减少空孔时间，从而减少沉 渣。下完钢筋笼后，检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，则应利用导管进行二次清孔，直至孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求。开始灌注混凝土时，导管底 部至孔底的距离宜为3040mm，应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下1.0m以上，以利用混凝土的巨大冲击力溅除孔底沉渣，达到清除 孔底沉渣的目的。 钻孔灌注桩坍孔处理的措施有哪些？1.1成孔阶段质量控制 成孔是钻孔灌注桩施工中的一个重要环节，其质量如控制不好，则可能导致穿孔、坍孔、缩颈、桩孔偏斜、桩端达不到设计持力层要求、桩身加泥砂以及断桩等，将 直接影响桩身质量并造成桩承载力下降。故在成孔质量监控方面业主（监理）应着重监控： 根据桩型、钻孔深度、地层地质情况、泥浆排放及处理等条件综合选定成孔机具及其工艺，对孔深大于30m的端承桩，宜采用反循环工艺成孔或清孔。另外，施 工期间护筒内泥浆面应高出地下水位1.0m以上（在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5m以上）；如果钻进期间发生漏水漏浆，应采取以下措 施：因钻头碰碎上部管，应先封堵渗漏处，再重新开钻；因孔壁土体松散不能形成孔壁，可加大泥浆粘度、减慢钻进速度；护筒下口漏水，可用粘土掺少量水泥 在护筒外壁处夯实。 正式施工之前必须进行试成孔，试成孔时施工记录必须全面详实。成孔结束后，应由有资质的专业检测方对试成孔进行定时检测：不同地层孔壁稳定性，泥浆的成 分、相对密度、掺带沉渣性能及其稳定性（从不同时段的沉渣厚度体现）。试成孔的目的是：通过试成孔掌握施工场地地层稳定性、成孔时间、配置泥浆原料、泥浆 配比及其相对密度、钢筋笼吊装时间、混凝土浇注时间和清孔次数及其大约时间等，用以指导正式施工后相关工序的作业安排。 为防止成孔期间发生穿孔、坍孔等质量事故，必须做到：采取大于等于4d的隔孔施工工艺；护筒按规定要求埋设，避免开钻筒体倾斜、孔口土体坍塌、护筒 沉陷导致水位下降；钻具吊绳下放速度与成孔速度一致，避免空中钻头摆动幅度过大而造成四周孔避受力不匀；避免成孔时间和孔避暴露时间过长；砂性土成 护避泥浆应具有一定粘度，能有效形成护壁泥皮； 钻尽速的根据不同土质情况进行调整，砂性土成中钻进速度不得快于泥浆行成有效护壁泥皮速度；按规定，在30m深度以内的以粘土为主的地层中钻较小孔径 的桩时，可用清水提高孔内水头保护孔壁，否则应采用水泥浆护壁措施。如果发生坍孔，可用事先储备的粘土和碎石（直径小于等于20mm）按5：1左右配比， 回填至坍孔处以上0.5m处后再重钻，若坍孔严重则可用小沉井方式进行处理 钻孔灌注桩成孔垂直精度达不到设计要求将导致钢筋笼和导管无法沉放。为确保成孔垂直精度满足设计要求，应采取以下措施：钻机应设导管装置（潜水钻钻头上 应有大于等于3倍直径长度的导向装置，利用钻杆加压的正循环回转钻机在钻具中应加设扶正器），为增加桩机稳固性而加大桩机支承面积，不定期校核钻架和钻杆 垂直度等，下放钢筋笼前做井径、井斜超声波测试。 护筒定位后及时复测其位置及其与地层镶嵌的密实性。护筒中心与桩位中心线偏差应小于50mm，并防止钻孔过程中发生漏浆而污染环境。在成孔过程中自然地 面标高会受影响，为准确控制孔深，在桩架就位后，用经复核的临时测量点及时复核底梁标高，复测钻具的总长度并作好记录，以便在钻孔时根据钻杆在钻机上留出 的长度来校验成孔深度。 成孔时应小心提杆不得碰撞孔壁，否则第1次清孔后在提钻具时碰撞孔避可能引起坍孔，这将可能造成第2次清孔也无法清除坍落的沉渣。在提出钻具后必须立即 用测绳复核